DE2737530A1 - Channel filter for FM communications signal - has transfer characteristic which minimises differential gain and phase spreads for given out of band attenuation - Google Patents

Channel filter for FM communications signal - has transfer characteristic which minimises differential gain and phase spreads for given out of band attenuation

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DE2737530A1 DE19772737530 DE2737530A DE2737530A1 DE 2737530 A1 DE2737530 A1 DE 2737530A1 DE 19772737530 DE19772737530 DE 19772737530 DE 2737530 A DE2737530 A DE 2737530A DE 2737530 A1 DE2737530 A1 DE 2737530A1
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    • H03H7/01Frequency selective two-port networks

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Abstract

The channel filter, for FM or angle-modulated communications signals in which the baseband signal includes one or more subcarriers, has a steeper rise in attenuation for constant distortion or fewer circuit components for the same rise in attenuation. The filter's transfer function is chosen so that the spread of the differential gain and/or the differential phase at a given attenuation outside the band is a minimum. The filter is thereby optimised directly for minimum differential distortion in the video band and can consequently be used for higher quality tv transmission without having to increase the number of components.

Description

Filterschaltung fur hochfrequente elektrische Nachrichtensig-Filter circuit for high-frequency electrical communications

nale Die Erfindung betrifft eine Filterschaltung für hochfrequente elektrische Nachrichtensignale, die durch Frequenz- bzw. Winkelmodulation eines Basisbandsignals entstanden sind, insbesondere eines Basisbandsignals mit Unterträgern, wobei die Filterschaltung die Übertragungsfunktion H(f) hat.The invention relates to a filter circuit for high frequency electrical communication signals generated by frequency or angle modulation of a Baseband signals have arisen, in particular a baseband signal with subcarriers, wherein the filter circuit has the transfer function H (f).

Bekanntlich sind Ubertragungs systeme mit Winkelmodulation (Frequenziodulation) unempfindlich gegen nichtlineare Verzerrungen in der HF-Strecke (RF-Strecke). Dagegen können lineare Bauelemente mit linearen Verzerrungen in der HF-Strecke im Basisband nichtlineare Verzerrungen hervorrufen, wodurch die Übertragungsqualitat entscheidend verschlechtert werden kann. Lineare Verzerrungen können in Form einer Übertragungsfunktion H(f) als Amplituden- und Laufzeitgang angegeben werden.It is well known that transmission systems with angle modulation (frequency iodulation) insensitive to non-linear distortions in the HF path (RF path). Against it can use linear components with linear distortion in the RF link in the baseband cause non-linear distortion, which makes the transmission quality decisive can be worsened. Linear distortions can be in the form of a transfer function H (f) can be specified as the amplitude and transit time response.

Eine andere Möglichkeit zur Charakterisierung der linearen HF-Verzerrungen ist die Angabe ihrer Auswirkungen im Basisband in Form von differentieller Phase und differentiellem Gewinn. Diese beiden meßbaren Größen spielen insbesondere bei Vbertragungssystemen eine Rolle, bei denen im Basisband einer oder mehrere Unterträger übertragen werden. Zum Beispiel sind differentielle Phase und differentieller Gewinn repräsentative Maßstäbe für die Übertragungsqualität eines geschlossen frequenziodulier ten Farbfernsehbildes mit einem oder mehreren Tonunterträgern.Another way to characterize the linear RF distortion is the indication of their effects in the baseband in the form of differential phase and differential gain. These two measurable quantities play a particular role Transmission systems play a role in which one or more Subcarrier be transmitted. For example, are differential phase and differential gain representative standards for the transmission quality of a closed frequency modulator th color television picture with one or more sound subcarriers.

Einzelheiten hierüber finden sich noch in den Literaturstellen "ABU 27" (1973), Seiten 98 bis 100 und Seiten 406 bis 407.Details on this can be found in the references "ABU 27 "(1973), pages 98-100 and pages 406-407.

Wenn die Filter in der dort angegebenen Art bemessen werden, dann zeigen sich im praktischen Betrieb folgende Schwierigkeiten.If the filters are sized in the manner specified there, then the following difficulties arise in practical operation.

Bei großen Werten für differentielle Phase zu 20°) und differentiellen Gewinn zu 20X) moduliert das Luminanzsignal den Farbträger derart, daß ein Graukeil nach der Ubertragungsstrecke bunt gestreift erscheint. Darüberhinaus tritt im Tonkanal durch differentielle Phase und Amplitude das Luminanzsignal als Störsignal auf.With large values for differential phase to 20 °) and differential Gain to 20X) the luminance signal modulates the color subcarrier in such a way that a gray wedge after the transmission line appears with brightly colored stripes. It also occurs in the sound channel due to differential phase and amplitude, the luminance signal appears as an interference signal.

Der Erfindung zugrunde liegende Untersuchungen haben folgendes gezeigt. Lineare Verzerrungen in der HF-Strecke werden hauptschlich durch Amplituden- und Laufzeitgang von Filtern verursacht, die in Übertragungssystemen zur ganalselektion notwendig sind. Hierbei bestimmen vorgegebene Werte für Nachbarkanalunterdrückung und Schranken für die differentiellen Verzerrungen den Filteraufwand. Bei der heute üblichen Auslegung der Ubertragungsstrecke ist das Filter von einem der bekannten Typen, z.B. ein Filter mit Tschebyscheff-Verhalten. Diese Filter sind zwar optiaal bezüglich ihrer Verzerrungen im Durchlaßband, nicht aber bei einer Übertragung von frequenz- bzw. winkelmodulierten Signalen bezüglich differentieller Verzerrungen im Basisband.Investigations on which the invention is based have shown the following. Linear distortions in the RF link are mainly caused by amplitude and Runtime response caused by filters used in transmission systems for channel selection are necessary. Predefined values for adjacent channel suppression determine here and bounds for the differential distortions the filter effort. At the one today The usual design of the transmission path is the filter of one of the known ones Types, e.g. a filter with Chebyshev behavior. These filters are optional with regard to their distortions in the passband, but not in the case of a transmission of frequency or angle modulated signals with respect to differential distortion in the baseband.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Filterschaltungen für die Übertragung frequenz- bzw. winkelmodulierter Nachrichtensignale anzugeben, mit denen bei gleichen Verzerrungen ein steilerer Dämpfungsanstieg erreicht werden kann oder die bei gleichem Sperrdämpfungsanstieg eine geringere Anzahl von Schaltelementen erfordern als bekannte Filter entsprechender Bauart.The invention is based on the object of filter circuits for Specify transmission of frequency or angle-modulated message signals with which with the same distortion a steeper increase in attenuation can be achieved or which have a lower number of switching elements with the same increase in locking attenuation require known filters of the corresponding design.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von den einleitend genannten Filtern, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Übertragungsfunktion H(f) derart gewählt ist, daß die Schwankungsbreite des differentiellen Gewinns und/oder der differentiellen Phase bei vorgegebener Außenbanddämpfung ein Minimum wird.Based on the filters mentioned in the introduction, this task is solved according to the invention in that the transfer function H (f) is chosen in such a way is that the fluctuation range of the differential gain and / or the differential Phase with a given outer band attenuation becomes a minimum.

Solche Filter sind also direkt für minimale differentielle Verzerrrngen im Videoband optimiert und es kann deshalb bei gleichrom Aufwand eine wesentlich verbesserte TV-Übertragung erzielt werden.Such filters are therefore direct for minimal differential distortion Optimized in the videotape and it can therefore be a substantial effort with the same amount of effort improved TV transmission can be achieved.

Nachstehend wird die Erfindung noch näher erläutert.The invention is explained in more detail below.

Gleichung (1) und Gleichung (2) beschreiben in quasistationärer Näherung den Zusammenhang zwischen differentieller Phaso ## und differentiellem Gewinn # und der Übertragungsfunktion H(f) des Filters. Equation (1) and equation (2) describe in a quasi-stationary approximation the relationship between differential phaso ## and differential gain # and the transfer function H (f) of the filter.

Hierin bedeuten kp den AM-PM-Konversi onskoefiizienten eines dol Filter Mchgeschalteten nichtlinearen Vierpols, z.B. einer Wanderfeldröhre, fa die momentane durch das Basisbandsummensignal hervorgerufene Frequenzablage und fs die Spaltfrequenz, beispielsweise die Frequenz eines Unterträgers. H(f) ist die Übertragungsfunktion des Filter, definiert als Quotient der komplexen Ausgangs spannung zur halben Generatorspannung im angepaßten Betrieb. H*(f) stellt den konjugiert komplexen Wert zu H(f) dar.Here, kp mean the AM-PM conversion coefficient of a dol filter A switched non-linear quadrupole, e.g. a traveling wave tube, is the current one Frequency offset caused by the baseband sum signal and fs the split frequency, for example the frequency of a subcarrier. H (f) is the transfer function of the filter, defined as the quotient of the complex output voltage to half the generator voltage in adapted operation. H * (f) represents the conjugate complex value for H (f).

Im Gegensatz zur bisher üblichen Filterdimonsionierung wird nun dX Übertragungsfunktion H(f) in Gleichung (1) und Gleichung (2) derart gevihlt, daß eine der Schwankungsbreiten oder beide Schaankungsbreiten der differentiellen Verzerrungen # und ## bei vorgegebener Außerbanddämpfung ein Minimum annehmen. Dies kann auf die verschiedensten Weisen gelöst werden. So ist es beispielsweis möglich, für die differentiellen Verzerrungen einen tschebyscheffpolynomartigen Verlauf über der Frequenzablage fa anzusetzen und ein Hurwitzpolynom im Nenner der Übertragungsfunktion H(f), dessen Koeffizienten mit der Methode des Koeffizientenvergleichs in beliebig hoher Näherung je nach Rechenaufwand bestimmt werden können.In contrast to the previously common filter diminution, now dX Transfer function H (f) in equation (1) and equation (2) equaled such that one of the fluctuation ranges or both fluctuation ranges of the differential distortions # and ## assume a minimum for a given out-of-band attenuation. This can be done on can be solved in various ways. For example, it is possible for the differential distortions have a Chebyshev polynomial curve over the Apply frequency offset fa and a Hurwitz polynomial in the denominator of the transfer function H (f), whose coefficients with the method of coefficient comparison in any high approximation can be determined depending on the computational effort.

Für den speziellen Fall, daß lediglich der differentielle Gewinn optimiert werden soll, lassen sich für den sog. äquivalenten Tiefpaß des Grades n in erster Näherung die Koottizienten ar des Betragquadrates der Übertragunstunktion H(f) aus folwender Gleichung ermitteln: wobei t# die Koeffizienten des Tschebyscheff-Polynoms (2n+2)ter Ordnung sind und y=2fs/#fss. Der Frequenzhub Spitze-Spitze #fss und die Spaltfrequenz fs lassen sich frei vorgeben.For the special case that only the differential gain is to be optimized, the coefficients ar of the absolute value square of the transfer function H (f) can be determined from the following equation for the so-called equivalent low-pass filter of degree n: where t # are the coefficients of the Chebyshev polynomial (2n + 2) of the order and y = 2fs / # fss. The peak-to-peak frequency deviation #fss and the slit frequency fs can be freely specified.

Prinzipiell läßt sich die Optimierung der Gleichungen (1) mit (2) auch rein numerisch mit Hilfe eines Digitalrechners durchführen.In principle, the optimization of equations (1) can be done with (2) can also be carried out purely numerically with the aid of a digital computer.

Die Methode der Optimierung auf minimale differentielle Verzerrrungen ist nicht an bestimmte Schaltungsstrukturen gebunden. Vielmehr bedingt die gewünschte Schaltungsstruktur die Form für den Ansatz für die Übertragungsfuntkion H(f), nach der sich dann in an sich bekannter Weise auch die Schaltelemente.The method of optimization for minimal differential distortion is not tied to specific circuit structures. Rather, it depends on the desired Circuit structure the form for the approach for the transmission function H (f), according to which is then also the switching elements in a manner known per se.

werte für das Filter ermitteln lassen. Beispielsweise kann nach dem Buch von G. Pfitzenmaier (Tabellenbuch Tiefpässe" (Siemens-AG, Berlin und München, 1971) die vorstehend genannte äquivalente Tierpaßschaltung auf Grund der gestellten Anforderungen ermittelt und daraus durch eine der dort ebenfalls angegebenen Frequenztransformationen eine geeignete Bandpaßschaltung ermittelt worden.have the values determined for the filter. For example, after the Book by G. Pfitzenmaier (Book of tables low passes "(Siemens AG, Berlin and Munich, 1971) the above-mentioned equivalent animal pass circuit based on the provided Requirements are determined and from this through one of the frequency transformations also specified there a suitable bandpass circuit has been determined.

Zur Verdeutlichung des erzielbaren Gewinns wurde für ein FM-Farbfernsehübertragungssystem (mit Emphase) die Außerbanddämpfung bei vorgegebener Schwankungsbreite des differentiellen Gewinns für den Farbhilfsträger ermittelt. Die Ergebnisse sind für Tschebyscheff Filter und für nach den vorstehenden Erläuterungen optimierte Filter in der nachfolgenden Tabelle einander gegenübergestellt.To illustrate the profit that can be achieved, for an FM color television transmission system (with emphasis) the out-of-band attenuation with a given fluctuation range of the differential Determined profit for the color subcarrier. The results are for Chebyshev Filters and for filters optimized according to the above explanations in the following Table juxtaposed.

Kreiszahl 2 3 4 5 6 Außerbanddämp- 22,7 32,1 44,5 60 76 dB fung Tscheby schiff Außerbanddämp- 22,7 51,7 >80 - - dB fung differentieller Gewinn optimiert Die vorstehende Tabelle zeigt einen Vergleich von Tschebyscheff-Bandpasses mit solchen, die bezüglich des differentiellen Gewinns des Farbhilfsträgers optimiert sind. Der differentielle Gewinn beträgt bei allen Filtern 1% für den Fvilfsträger. Dabei müssen die Bandpässe folgende Anforderungen erfüllen: Bandbreite 27MHz, Außerbanddämpfung bei 46,5MHz von Kanalmittel, Emphase nach CCIR Rec. 405-1. Spitzenhub bei 15,6KHz, 4.36MHz bei einem Videosignal von IV.Number of circles 2 3 4 5 6 Out-of-band attenuation 22.7 32.1 44.5 60 76 dB Cheby ship out-of-band attenuation 22.7 51.7> 80 - - dB differential gain optimized The table above shows a comparison of Chebyshev bandpasses with those which are optimized with regard to the differential gain of the color subcarrier. Of the differential gain for all filters is 1% for the filter carrier. Have to the bandpass filters meet the following requirements: bandwidth 27MHz, out-of-band attenuation at 46.5MHz from channel mean, emphasis according to CCIR Rec. 405-1. Peak deviation at 15.6KHz, 4.36MHz with a video signal of IV.

Geht man von Filtern gleicher Außerbanddämpfung aus, so zeigt sich, daß ein optimiertes vierkreisiges Filter einen noch um den Faktor 3,1 geringeren differentiellen Gewinn hat als ein sechskreisiges Tschebyscheff-Filter.Assuming filters with the same out-of-band attenuation, it becomes apparent that that an optimized four-circuit filter is even less by a factor of 3.1 has differential gain than a six-circle Chebyshev filter.

Mit den vorstehend beschriebenen Filterschaltungen gelingt eine verzerrungsarme winkel- bzw. frequenzmodulierte Übertragung von Basisbandaignalen mit Unterträgern bei gleichzeitiger hoher Kanalselektion. Diese Filter werden nicht wie bisher üblich, für minimale Verzerrungen im Durchlaßband dimensioniert, sondern direkt für minimale differentielle Verzerrungen im Basisband. Dadurch entsteht ein Filtertyp, der beispielsweise die in der vorstehenden Tabelle angegebenen Anforderungen mit verminderter Kreiszahl erfüllt. Es entsteht so ein Filtertyp für frequenzmodulierte Übertragungssysteme, der bei hoher Außerbanddampfung im RF-Kanal gleichzeitig minimale differentielle Amplitudenverzerrungen von Unterträgern im Basisband aufweist.With the filter circuits described above, a low-distortion is achieved Angle or frequency modulated transmission of baseband aials with subcarriers with simultaneous high channel selection. These filters are not as usual, dimensioned for minimal distortion in the passband, but directly for minimal differential distortion in the baseband. This creates a type of filter that, for example the requirements given in the table above with a reduced number of circles Fulfills. This creates a type of filter for frequency-modulated transmission systems, the minimum differential at the same time with high out-of-band attenuation in the RF channel Has amplitude distortions of subcarriers in the baseband.

Für den äquivalenten Tiefpaß läßt sich in quasistationarer Näherung die optimale Übertragungsfunktion zunächst analytisch ermitteln. Auf Grund der angegebenen Bemessung können dann die Koeffizienten der Übertragunsfunktion H(f) bestimmt werden.A quasi-stationary approximation can be used for the equivalent low-pass filter first determine the optimal transfer function analytically. Based on the specified Dimensioning, the coefficients of the transfer function H (f) can then be determined.

Der Vergleich mit konventionellen Filtertypen zeigt, daß bei gleichem Bauelementeaufwand eine erhebliche Verminderung der differentiellen Amplitudenverzerrungen möglich ist, beispielsweise für den Farb- bzw. Tonunterträger eines TV-Signales.The comparison with conventional filter types shows that with the same Component expenditure a considerable reduction in the differential amplitude distortion is possible, for example for the color or sound subcarrier of a TV signal.

1 Patentanspruch1 claim

Claims (1)

Patentanspruch Filterschaltung fur hochfrequente elektrische Nachrichtensignale, die durch Frequenz- bzw. Winkelmodulation eines Basisbandsignales entstanden sind, insbesondere eines Basisbandsignales mit Unterträgern, wobei die Filterschaltung die Übertragungsfrmktion H(f) hat, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Ubertragungsfunktion H(f) derart gewählt ist, daß die Schwankungsbreite des differentiellen Gewinnes (b) und/oder der differentiellen Phase (b) bei vorgegebener Äußerbanddäipfung ein Minimum wird.Patent claim filter circuit for high-frequency electrical communication signals, caused by frequency or angle modulation of a baseband signal, in particular a baseband signal with subcarriers, the filter circuit the transfer fraction H (f) has, d u r c h g e k e n n n -z e i c h n e t, that the transfer function H (f) is chosen such that the fluctuation range the differential gain (b) and / or the differential phase (b) at a given Outer band steaming becomes a minimum.
DE19772737530 1977-08-19 1977-08-19 Filter circuit for high frequency electrical communication signals Expired DE2737530C2 (en)

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Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Archiv für Elektronik und Übertragungstechnik, Bd. 27, 1973, H. 2, pp. 98-100 *
Archiv für Elektronik und Übertragungstechnik, Bd. 27, 1973, pp. 406-407 *
Meinke-Gundlach: Taschenbuch der Hochfrequenz- technik, Ausg. 1956, S. 1125-1128 *

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